4.3.7 Fahrbahnoberflächenspezifischer Energieverbrauch

Datum der Konstituierung: 21.04.2023

Leitung: Maximilian Ertsey-Bayer, M.Sc.

Problem / Ziel

An Fahrbahndeckschichten werden aus Gründen der Dauerhaftigkeit und Verkehrssicherheit hohe Anforderungen an die Griffigkeit sowie Ebenheit in Längs- und Querrichtung gestellt. Die Nachhaltigkeit erfordert die Bewertung von Straßen hinsichtlich ihrer Ökobilanz. Der fahrbahnoberflächenspezifische Energieverbrauch nimmt hierbei eine zentrale Rolle ein, da eine Reduktion des CO₂-Ausstoßes und des Kraftstoffverbrauchs der Fahrzeuge bei Verwendung geeigneter Fahrbahnoberfläche bereits nachgewiesen wurde. 

Die Senkung des Energieverbrauchs je gefahrenem Streckenkilometer ist auch im Bereich der Elektromobilität von übergeordnetem Interesse, um höhere Reichweiten realisieren zu können. Der Großteil der bereits erfolgten Entwicklungen beziehen sich auf die Energiedissipation im Reifen unabhängig von der Fahrbahnkonstruktion. Vornehmlich wurden hier der Rollwiderstand infolge visco-elastischer Deformation des Reifens und der Schlupf im Reifen-Fahrbahn-Kontakt untersucht. 

Eine systematische Bewertung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs und seiner Hauptbestandteile ist aus straßenbautechnischer Sicht derzeit noch nicht erfolgt. Insbesondere zur Sensitivität des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs hinsichtlich seiner Hauptbestandteile 

  • Rollwiderstand infolge Rollreibung in der Kontaktfläche Reifen und Fahrbahntextur 
  • Rollwiderstand infolge ebenheitsinduzierter Stöße (diskrete Stöße sowie kontinuierliche Stöße infolge lang- und kurzwelliger Unebenheiten) 
  • Rollwiderstand infolge visco-plastischen bzw. elastischen Fahrbahnverformungen während der Überfahrung 

fehlen Erkenntnisse, um den straßenseitigen Beitrag zur nachhaltigen Nutzung optimieren zu können. Hierfür ist eine Identifikation von Performanceindikatoren für alle derzeitig und zukünftig angewandten Bauweisen erforderlich. 

Die Optimierung des Rollwiderstandes von Fahrbahnoberflächen kann bisher nur unzureichend betrachtet werden, da wesentliche Voraussetzungen fehlen. Es existieren verschiedene Verfahren zur Messung des Rollwiderstandes, die jedoch keinem genormten Prüfverfahren unterliegen. Darüber hinaus wurden in Forschungsarbeiten die Zusammenhänge zwischen funktionalen Eigenschaften von Fahrbahnoberflächen und deren Gebrauchseigenschaften analysiert und Simulationsmodelle für die gleichzeitige Optimierung dieser Eigenschaften entwickelt. Hier besteht hinsichtlich des Rollwiderstandes von Fahrbahnen weiterer Forschungsbedarf.

Auf EU-Ebene wird in der WG5 „Oberflächeneigenschaften“ (CEN/TC 227/WG 5) das Thema Rollwiderstand bereits seit einigen Jahren bearbeitet, aktuell jedoch ohne deutsche Beteiligung. Hier wurden u. a. die Ergebnisse des EU-Projektes ROSANNE ausgewertet, das die Entwicklung oder Harmonisierung von Messmethoden für Fahrbahnoberflächeneigenschaften von Straßenbelägen als Vorbereitung für die Normung zum Ziel hatte.

Der AK soll kurzfristig den aktuellen Stand der Technik hinsichtlich vorhandener Verfahren für die Messung des Rollwiderstandes auf Fahrbahnen sowie eine Einschätzung des Entwicklungsstandes zur Schaffung eines genormten straßenbauspezifischen Prüfverfahrens erarbeiten. Dabei ist eine enge Zusammenarbeit auf EU-Ebene vorgesehen. Auf Basis dieser Erkenntnisse soll ein Arbeitspapier für die Messung des Rollwiderstandes auf Fahrbahnen erstellt werden. Langfristig wird für ein genormtes Prüfverfahren eine Technische Prüfvorschrift zu erarbeiten sein (R 1-Regelwerk).

Ein zweiter Schwerpunkt des Arbeitskreises wird die Schaffung der Voraussetzungen für eine bautechnische Optimierung von Fahrbahndecken zur Reduzierung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs sein. Hierfür sind geeignete Kennwerte zur Bewertung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs von Fahrbahnen und Prognosemodelle zu erarbeiten. Neben der Zusammenstellung des aktuellen Wissensstandes soll der Arbeitskreis flächendeckend vorhandene Daten recherchieren, um mit Big Data-Analysen zur Identifikation von Strecken mit besonders leistungsfähigen und leistungsschwachen Oberflächen genutzt werden können.

Der Arbeitskreis soll überprüfen, ob mit messtechnischer Untersuchung dieser Strecken Erkenntnisse gewonnen werden können, die die Identifikation besonders leistungsfähiger Fahrbahnbeläge ermöglichen. Die Erkenntnisse fließen direkt in die zukünftige Bewertung der CO₂-Bilanz von Fahrbahnbelägen und die Entwicklung sowie Bewertung neuer innovativer Fahrbahnbeläge ein.

Ggf. erforderliche Forschungsarbeiten

  • In-Situ-Erfassung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs (z. B. Vergleichsuntersuchungen verschiedener straßenbauspezifischer Messverfahren, Entwicklung einer innovativen Methode zur Messung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs je nach erarbeiteten Erkenntnissen) 
  • Entwicklung von Kenndaten zur Bewertung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs mit dem Ziel der Reduktion des CO₂-Ausstoßes und des Kraftstoffverbrauchs bzw. Stromverbrauchs von Fahrzeugen 
  • Identifikation von leistungsfähigen Oberflächen und Bauweisen mit reduziertem fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauch mittels Big Data

Nutzende der Hinweise 
Baulastträger klassifizierter Straßennetze

Vorläufiger Arbeitsplan mit grobem Zeitrahmen

Kurzfristig (1 – 2 Jahre): 

  • Sichten und Bewerten vorhandener Verfahren für die Messung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs auf Fahrbahnen sowie Einschätzung des Entwicklungsstandes zur Schaffung eines genormten Prüfverfahrens 
  • Sichten und Bewerten vorhandener Kennwerte zur Bewertung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs von Fahrbahnen und Prognosemodelle zur Optimierung von Fahrbahndecken 

Mittelfristig (3- 5 Jahre): 

  • Sammlung von Erfahrungen 
  • Vorlage der Regelwerke 

Langfristig (> 5 Jahre): 

  • Technische Prüfvorschrift

Angestrebtes Ergebnis

W 2 – Arbeitspapier für die straßenbauspezifische Messung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs auf Fahrbahnen 

R 1 – Technische Prüfvorschrift - Straßenbauspezifische Messung des fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs auf Fahrbahnen 

R 2 – Merkblatt zur Identifikation leistungsfähiger Oberflächen mit reduziertem fahrbahnoberflächenspezifischen Energieverbrauchs

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